Dar energía barata, la misión imposible del hidrógeno

Edgardo Moreno emoreno@racsa.co.cr

E l dirigible Hindenburg partió de Frankfurt (Alemania) el 3 de mayo de 1937 hacia New Jersey, en los Estados Unidos. Por $ 750 (unos $ 12.500 actuales), los 36 pasajeros disfrutaron durante tres días de un apacible viaje en el que comieron, bebieron y amenizaron su recorrido con música bajo la atención de 61 tripulantes.

Cruzar el Atlántico en el más lujoso zepelín inflado con hidrógeno era una magnífica experiencia, pero esta travesía acabaría en tragedia cuando el dirigible de 250 metros alzó fuego a las 7:25 p. m. del 6 de mayo consumiendo sus 1.500.000 de metros cúbicos de hidrógeno en solo 34 segundos.

Los dirigibles fueron los primeros vehículos de transporte público que emplearon hidrógeno aprovechando que este gas es 14 veces más liviano que el aire.

La idea de usar hidrógeno como “combustible” surgió en 1950, cuando Francis Thomas Bacon (1904-1992) desarrolló la tecnología que más tarde permitiría al Apolo ir a la Luna usando la reacción exotérmica de unir el hidrógeno con el oxígeno para producir agua y energía limpia.

Combustible solar. Con base en el potencial “energético” del hidrógeno, el entonces presidente de los Estados Unidos, George W. Bush, anunció con “bombos y platillos” en el 2002 la iniciativa de emplearlo como combustible. Sin embargo, esta quimera se enfrentó con los límites de la economía y de la realidad científica.

Como una “muerte anunciada”, Barack Obama y su secretario de Energía y premio Nobel en Física, Steven Chu, asestaron un “golpe letal” al proyecto y cortaron el presupuesto en el 2009. Tal y como lo resumió el también premio Nobel Burt Richter: “Tan caro es el hidrógeno como combustible que solo las estrellas de cine y los magnates de Wall Street lo usan”. Una cosa es convencer a los políticos, y otra muy distinta a los científicos...

¿Cuáles son las causas por las que el hidrógeno ha sido excluido como un recurso cotidiano por la gran mayoría de los países para mover autos, arrancar motores o volar aviones? La razón principal radica en la segunda ley de la termodinámica, principio infalible de la física.

Como lo detalla el químico Julio Mata, el hidrógeno (formado por un protón y un electrón) no es un hidrocarburo, sino el elemento más simple y abundante del universo y el principal “combustible” del Sol. Esta estrella genera energía por medio de la fusión de átomos de hidrógeno, la que llega a la Tierra como radiación.

En la Tierra, el hidrógeno siempre está unido a otros elementos para formar agua, ácidos, azúcares, lípidos, proteínas y muchas otras moléculas. Por tanto, para obtener hidrógeno gaseoso, este debe primero liberarse.

Obviamente, eso requiere usar más energía, la que debe conseguirse de otras fuentes. Por eso, la mayoría del hidrógeno producido no se usa como combustible, sino en procesos industriales, como la síntesis de fertilizantes y alimentos, en los que la relación beneficio/costo es positiva.

Energía celular. El método más eficiente para utilizar hidrógeno se inventó hace más de 3.500 millones de años. Esto sucedió cuando un rayo de luz solar impactó a los ancestros de las bacterias fotosintéticas, y estas evolucionaron para dividir el agua en sus dos especies atómicas: el oxígeno y el hidrógeno.

Dentro de la célula, el hidrógeno es capaz de fluir “corriente abajo” y mover la turbina generadora de energía más sofisticada que existe: la bomba de ATP. Esta sintetiza trifosfato de adenosina (ATP), una forma eficaz de almacenar energía en las condiciones terrestres.

El ATP es utilizado por los seres vivos para realizar la síntesis de moléculas ricas en hidrógeno. Al morir, los organismos se descomponen y son atrapados dentro de la corteza, produciendo el petróleo y el gas que los seres humanos usamos para mover las máquinas. Siendo optimistas, esa energía, almacenada por millones de años, se agotará en unos dos siglos, todo gracias a la sed de los humanos por la energía.

La tecnología está lejos de lograr la eficiencia de las células y es poco probable que se le aproxime. La técnica más eficaz que se conoce para elaborar hidrógeno in situ , es steam reformation , un proceso que usa gas natural.

Sin embargo, es más eficiente usar directamente el gas como combustible. Además, esta tecnología no está libre de la emisión de gases con efecto de invernadero.

El costo de mover un auto con hidrógeno producido por steam reformation respecto al de la gasolina es entre 2,5 y 3 veces más, y con respecto a un carro eléctrico es entre 13 y 16 veces más. Esto no considera otros gastos, como lo expone David Morris en su ensayo sobre la economía del hidrógeno Una mejor manera de llegar desde aquí hasta allá (2003).

Parece que el único futuro del hidrógeno es almacenarlo, bajo la condición de que exista exceso de energía por otras fuentes (como si fuera común...) y usarlo in situ . Para esto, primero hay que generar hidrógeno –por ejemplo, por electrólisis– utilizando energía proveniente del agua, del viento, de los volcanes o de otros recursos. Como se mire, esto es un derroche, y, siempre que se pueda, es mejor usar estas fuentes directamente y almacenar energía de otra forma, como en represas o baterías.

Se ha propuesto generar hidrógeno a partir de desechos, como la broza del café o la cáscara de la piña; o bien, a partir de aceites y azúcares provenientes del maíz y de la caña. Para empezar, el deshecho orgánico no es tan abundante, por lo que sería necesario dedicar grandes áreas de cultivo para ese propósito, con el agravante de que se competiría con la producción de alimentos. Esto es objetable desde una perspectiva social y ecológica.

Además, liberar hidrógeno a partir de materia orgánica es más caro que hacer alcohol a partir del mismo material, el que además es fácil de transportar y usar como combustible. Aunque parezca una paradoja, ¡hay más hidrógeno en un litro de etanol que en un litro de hidrógeno!

Guardar hidrógeno es difícil y energéticamente desfavorable. Al ser tan volátil (un gramo ocupa 23 litros), hay que comprimirlo con alta presión y realizar su conversión líquida de tal manera que no “escape”. Esto requiere más energía.

Otras opciones. Una alternativa sería absorberlo a materiales (por ejemplo, porosos), pero la capacidad de adsorción de estos, no solo debería ser alta sino lábil, de tal manera que el hidrógeno pueda liberarse fácilmente para que sea rentable (J. Renewable: Energy . 2013: ID 878329).

Transportar hidrógeno es un problema mayúsculo. Mientras un camión de 50 toneladas puede entregar 29 toneladas de gasolina, el mismo camión podría entregar tan solo media tonelada de hidrógeno comprimido. La cisterna pesaría más que el hidrógeno que contiene; de otra manera se rompería y el hidrógeno estallaría. Enviar hidrógeno por gasoducto consume cerca de cuatro veces más energía en comparación con el gas natural. Hay otras ideas para transportarlo, pero todas ellas son caras.

Costa Rica no tiene petróleo ni gas natural y crea el 0,02 % de gases con efecto invernadero del mundo.

En su lugar, posee energías renovables y limpias, como la hidroeléctrica, la geotérmica, la eólica y la solar, que están lejos de agotarse y han dado resultado. Lo que se requiere es más investigación y planeamiento para su mejor explotación y su administración. Todo lo demás son fantasías privadas, que, bajo el principio de autoridad, sofocan la verdad y se transforman en alucinaciones compartidas.

El autor es científico.